INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE CURSO DE...

Professor

Elder Latosinski

Calor e

Temperatura

INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE

CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL

FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES

Professor

Elder Latosinski

QUESTÃO:

O estudo de temas relacionados a calor e temperatura tem alguma ligação com

o curso de Gestão Ambiental?

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CURSO DE GESTÃO AMBIENTAL

FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES

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Elder Latosinski

Termometria

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FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES

A Temperatura é uma grandeza física que

mede o nível de agitação das partículas (átomos ou moléculas) que constituem o corpo. Quanto mais agitadas elas estiverem maior será a temperatura do corpo.

TEMPERATURA

Calor é a energia térmica que flui espontaneamente do corpo mais quente para o corpo mais frio.

Dizemos que o equilíbrio térmico ocorre quando dois corpos, que estavam trocando calor entre si, atingem a mesma temperatura. Neste momento a

troca de calor entre eles termina.

No Sistema Internacional de Unidades (SI)

O calor é medido em Joules (J);

Usualmente usa-se a caloria (cal)

1cal = 4,18J

Relação de Conversão de Variações Equações de Conversão

RELAÇÃO ENTRE AS ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Pressão de

1 Atm

CELSIUS ( ºC ) FAHRENHEIT ( ºF ) KELVIN ( K )

→Salvo algumas exceções, todos os corpos, quer sejam sólidos, líquidos ou gasosos, dilatam-se quando a sua temperatura aumenta.

→ Os átomos que constituem um sólido se distribuem

ordenadamente, dando origem a uma estrutura que é denominada rede cristalina do sólido. A ligação entre esses átomos se faz por meio de forças elétricas, que atuam como se existissem pequenas molas unindo um átomo a outro. Esses átomos estão em constante vibração em torno de uma posição média de equilíbrio.

→ Quando a temperatura aumenta, há um aumento da agitação,

fazendo com que eles, ao vibrar, afastem-se das suas posições de equilíbrio. Em consequência disso, a distância média entre os átomos torna-se maior, ocasionando a dilatação do sólido.

Variação da dimensão de um corpo quando sua temperatura varia.

- Dilatação Linear

- Dilatação Superficial

- Dilatação Volumétrica

Entre elas temos:

Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).

TLL o ..

oLLL

Os componentes de uma lâmina bimetálica são o aço e o zinco. Os coeficientes de dilatação linear desses metais são, respectivamente, 1,2 . 10-5 °C-1 e 2,6 . 10-5 °C-1. Em uma determinada temperatura, a lâmina apresenta-se retilínea. Quando aquecida ou resfriada, ela apresenta uma curvatura. Explique por quê.

RESOLUÇÃO Como α zinco > α aço, para um mesmo aumento de temperatura o zinco sofre uma dilatação maior, fazendo com que na lâmina ocorra uma dilatação desigual, produzindo o encurvamento. Como a dilatação do zinco é maior, ele ficará na parte externa da curvatura. No resfriamento, os metais se contraem. O zinco, por ter α maior, sofre maior contração. Assim, a parte de aço ocupa a parte externa da curvatura.

Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).

TAA o ..

oAAA

.2

•O que acontece com o diâmetro do orifício de uma coroa de alumínio quando esta é aquecida?

RESOLUÇÃO

A experiência mostra que o diâmetro desse orifício aumenta. Para entender melhor o fenômeno, imagine a situação equivalente de uma placa circular, de tamanho igual ao do orifício da coroa antes de ser aquecida. Aumentando a temperatura, o diâmetro da placa aumenta.

Estuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).

TVV o ..

oVVV

.3

Os líquidos sempre estão contidos em recipientes sólidos. Portanto quando são aquecidos ambos se dilatam.

TVV o ..

recapliquido

A água é o líquido mais comum, no entanto, seu comportamento em termos de dilatação térmica é uma verdadeira exceção

Gráfico I O gráfico I mostra esse comportamento: de 0°C até 4°C o volume da água diminui com o aquecimento. Somente a partir de 4°C é que, com o aquecimento, a água aumenta de volume (como acontece aos demais líquidos).

Gráfico II

O gráfico II descreve a variação da densidade d da água com a temperatura. Como a densidade de um corpo é a sua massa (m) dividida pelo seu volume (V), ou seja, tem-se que a densidade da água é inversamente proporcional ao seu volume durante a variação da temperatura, pois a massa permanece constante.

Assim, de 0°C a 4°C a densidade da água aumenta com o aquecimento, pois seu volume diminui; a partir de 4°C a densidade da água diminui com o aquecimento, porque seu volume aumenta.

A densidade da água é máxima a 4°C e seu valor é 1,0000 g/cm3. Em todas as outras temperaturas sua densidade é menor.

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Mudanças de Estados Físicos

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FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES

FUSÃO e SOLIDIFICAÇÃO

- Os sólidos necessitam de calor para virarem líquidos;

- Para um certo valor da pressão, a fusão de uma substância ocorre sempre à mesma temperatura;

- Durante a fusão a temperatura permanece constante se a pressão permanecer constante;

- Quando muda a pressão sobre um corpo, a temperatura em que ele funde se altera; Casos a considerar:

FUSÃO e SOLIDIFICAÇÃO

Transição Sólido Líquido

Substâncias que

aumentam de volume

na fusão (regra geral)

P tf (ts)

P tf (ts)

Substâncias que

diminuem de volume na

fusão (água, ferro,

bismuto, antimônio)

P tf (ts)

P tf (ts)

- Devido a um aumento de pressão, a temperatura de fusão diminui para aproximadamente – 0,007ºC

- Após o cordão arame passar a água volta ao estado sólido;

-Ex: bolas de neve; patinador no gelo;

REGELO

É o tipo de vaporização lenta, que ocorre apenas junto à superfície livre do líquido. Esse fenômeno não requer condições físicas determinadas para ocorrer. Em outras palavras, não há uma temperatura determinada para um líquido evaporar. A água do tanque, por exemplo, evapora a 5o C, a 20o C, a 60o C , etc.

EVAPORAÇÃO

FATORES QUE INFLUENCIAM NA RAPIDEZ DA EVAPORAÇÃO

1. Natureza do Líquido;

2. Temperatura;

3. Área da superfície livre;

4. Pressão na superfície;

EVAPORAÇÃO

OBSERVAÇÃO

A evaporação é um processo resfriamento

Exemplo: álcool nas mãos;

cães e porcos;

UMIDADE RELATIVA DO AR

Ar saturado = 100% de umidade

Quanto MAIOR a umidade, MENOR a velocidade de evaporação do líquido

EVAPORAÇÃO

É a vaporização intensa e turbulenta que ocorre ao longo de toda a massa líquida, com formação de bolhas de vapor junto às superfícies aquecidas. Essa bolhas aumentam de volume à medida que se elevam no líquido, em virtude da redução da pressão. Ao contrário da evaporação, a ebulição só acontece quando é atingida uma certa temperatura, que depende da pressão exercida sobre o líquido pelo ambiente.

EBULIÇÃO

Ponto de fusão é a temperatura na qual a substância muda da fase sólida para a fase líquida.

Ponto de vaporização é a temperatura na qual a substância muda da fase líquida para a fase gasosa.

Ponto de solidificação é a temperatura na qual a substância muda da fase líquida para a fase sólida.

Ponto de condensação é a temperatura na qual a substância muda da fase gasosa para a fase líquida.

CONCEITOS IMPORTANTES

Pontos de FUSÃO e EBULIÇÃO de algumas substâncias

mercúrio

álcool

nitrogênio

enxofre

Prata

gelo

água

- 39

- 210

- 115

119

0

961

----

357

- 196

78

420

----

----

100

Substância ponto de fusão (oC) ponto de vaporização(oC)

A pressão local influencia diretamente na temperatura de ebulição da água;

Transição Líquido Vapor

P tE (ts)

P tE (ts)

OBSERVAÇÃO: Influencia da pressão

Em alguns lugares, o ponto de vaporização pode variar dependendo da altitude local.

Maceió, Recife e Rio de Janeiro 100o C

São Paulo 98o C

Brasília 96o C

Quito 90o C

La Paz 87o C

Alto do Monte Everest 75o C

Temperatura de Ebulição da água

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Calorimetria

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FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES

É a razão entre a quantidade de calor (Q) cedido ou recebido por um corpo, pela variação em sua temperatura (T).

Corpos de diferentes substâncias podem apresentar a mesma capacidade térmica. Esta grandeza não caracteriza uma substância, individualizando-a das demais. Ela é apenas uma constante relativa a um corpo em particular.

C = Q/T

Unidade: cal/ºC

Exemplo: C = 15 cal/ºC

(significado físico)

Chaleira;

fagulha de solda;

Comentários

T

QC

mcC

O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para fazer um

grama de determinada substância elevar 1 grau Celsius sua temperatura.

Tm

Qc

Observações

No fundo, o calor específico nos dá uma idéia da capacidade da substância em receber ou perder calor.

Quanto maior seu calor específico, mais lentamente ocorrerá as trocas de calor.

Por outro lado, quanto menor o calor específico de uma substância, com mais facilidade ela perderá ou receberá calor.

Observações

- UNIDADE: cal/gºC

- O calor específico é uma propriedade das substâncias;

- Comentários: aquecimento da areia e da água (exemplo: praias e desertos);

CALOR SENSÍVEL: é aquele em que ocorre variação na temperatura do corpo, sem mudança de estado físico;

CALOR LATENTE: é aquele em que o corpo muda de estado físico, sem que haja variação de temperatura;

TcmQ .. Ex: chaleira no fogo (20º a 60ºC)

LmQ . Ex: chaleira no fogo (100ºC)

Equação para ser usada quando o corpo está mudando sua temperatura:

Q = quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo (em calorias) m = massa do corpo (em gramas) c = calor específico ( em cal/g°C) T = variação da temperatura (Tf - Ti) (em graus Celsius)

Q = m.c.t

Equação para ser usada quando o corpo está mudando sua temperatura:

Q = quantidade de calor perdida ou recebida pelo corpo (em calorias) m = massa do corpo (em gramas) L = calor latente ( em cal/g)

Q = m.L

Q>0 t>0 calor absorvido

Q<0 t<0 calor cedido

Calor latente de fusão (cal/g)

Calor latente de vaporização (cal/g)

Substância

mercúrio

álcool

enxofre

oxigênio

nitrogênio

gelo

2,8

2,5

13,2

3,3

6,09

80

65

204

62

51

48

----

água ---- 540

Calores Latentes de FUSÃO e VAPORIZAÇÃO de algumas substâncias

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Processos de Transmissão

de Calor

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FÍSICA TÉRMICA E DAS RADIAÇÕES

TRANSMISSÃO DE CALOR

O calor se transfere dos objetos mais quentes para os mais frios. Essa transferência se dá de 3 maneiras:

- CONDUÇÃO;

- CONVECÇÃO;

- IRRADIAÇÃO;

A energia passa de molécula para molécula, através do choque entre elas. É mais comum nos sólidos.

CONDUÇÃO

- Utensílios domésticos colheres, panelas);

- Caminhar nas brasas;

- Agasalhos;

- Iglus;

- Espetos (assando carne);

EXEMPLOS DA CONDUÇÃO

- Existem materiais que são bons condutores de calor (exemplo: metais);

- Outros materiais dificultam a transferência do calor, sendo chamados de isolantes térmicos (exemplos: madeira, plástico);

Exemplo: tocar em um piso cerâmico e em um carpete;

CONDUTORES E ISOLANTES

CONVECÇÃO O calor se transfere de uma região para outra. Ocorre principalmente em líquidos e gases.

Exemplos:

- Geladeira;

- Ar condicionado;

- Ventos;

- Aves;

- Asa delta e planador;

IRRADIAÇÃO O calor se transfere por meio de ondas eletromagnéticas.

Exemplo

Sol

EXEMPLOS DA IRRADIAÇÃO

- Uso de roupas claras no verão;

- Aquecedor solar;

- Ferro Elétrico;

- Lareira;

- EFEITO ESTUFA;

A GARRAFA TÉRMICA

O objetivo de uma garrafa térmica é dificultar a transferência de calor entre o líquido e o meio externo. Ela dificulta de três formas:

1º) Vidro prateado- irradiação;

2º) Vácuo- condução e convecção;

3º) Tampa- convecção;

O efeito estufa tem uma importância extraordinária para a vida na Terra.

EFEITO ESTUFA

EFEITO ESTUFA

O aumento da poluição está acentuando o efeito estufa. Eis algumas formas de combate a poluição:

- Instalação nas fábricas catalisadores que retenham os fumos e os gases;

- Utilização de tecnologias alternativas;

EFEITO ESTUFA

EFEITO ESTUFA

- Aplicação de catalisadores em automóveis;

- Obrigatoriedade de inspeções periódicas a veículos;

- Substituição de produtos químicos industrias perigosos.

EFEITO ESTUFA

Preservar o meio ambiente é uma questão

de cidadania. Somente cidadãos

esclarecidos de seus direitos e deveres

poderão ser capazes de criar uma

sociedade mais justa e solidária,

comprometida com a preservação do meio

ambiente.

SERÁ ESTE O NOSSO FIM?